自行式吊车架设m预应力混凝土简支曲梁施工作法

自行式吊车架设30m预应力砼简支曲梁施工作法概述众所周知，预制梁的安装是装配式桥梁施工中的关键工序；而自行式吊车架设桥梁，其特点是机动性好，不需要额外动力设备，架设速度快。本文针对xx立交改建工程WN匝道U05联30m预应力砼小箱梁（曲梁）跨越xx高速公路主线这一特定的施工现场条件，采用150T履带吊与150T轮胎吊联合作业，双机抬吊完成架设任务。平面简图参见图-1-a、b。工程概况2．1xx高速公路xx立交改建工程位于xx高速公路（xx段）xx立交入城立交的范围，为完善该立交的互通功能，增加xx新城区与外界的沟通，新建xx北至xx市区（NE匝道）以及xx至xx北（WN匝道）。2．2WN匝道桥梁的上部结构分为现浇连续箱梁和预制简支箱梁两中结构形式。桥梁的起终点桩号为：K0+301.15~K0+767.23；桥梁总长466.08m（路线中心线长度），全桥共分7联，其中WN-U05联S13、S14跨：30+30=60m，采用预应力钢筋砼简支箱梁，桥面连续。该联的30m预制简支箱梁位于R=120m的平曲线上，每跨3榀梁，梁宽2.4m，其中箱梁底宽1.5m，两侧各悬臂0.45m，梁高分别为1.374m，1.50m，1.626m，梁与梁之间采用0.40m宽的现浇接头，每根梁内设置5道横隔板，其中端部2道/一侧，跨中一道，在梁的两端均设计成牛腿。2．3设计支座形式为圆板式橡胶支座，每榀梁端下设单支座Φ40×5.5cm。该联6榀箱梁，在PB13#现浇连续箱梁牛腿上、PB14#盖梁倒T右翼（即S13跨）搁置3根，在PB14#盖梁倒T左翼、PB15#现浇连续箱梁牛腿上（即S14跨）搁置3根。其中PB14#盖梁为独立柱悬臂盖梁，非预应力钢筋砼结构，其计算悬臂长4.0m，盖梁高6.6m，位于xx高速公路中央分隔带内。参见图2-a、图3。2．4用AUTOCAD图解法求出30m曲梁矢距，参见图2-b，诸梁矢距见下表。梁C诸矢距梁B诸矢距梁A诸矢距X=1m0.11940.11930.1192X=2m0.23060.23020.2298…X=弦长/40.70010.68410.6682X=15m0.93240.91110.8889X=弦长/20.93250.91120.8901X=16m0.92960.90530.8801…X=28m0.26260.18830.1107X=29m0.15930.0741架设安装的前期准备工作3．1背景资料分析自1998年底全线通车以来，xx高速公路xx段的车流量以年均约15％的速度增长，目前日均全程流量超过2．7万辆，已成为全国最繁忙的高速公路之一。xx高速公路xx段与xx段车流量难分伯仲，在如此重交通条件下采用自行式吊车架设桥梁势必会涉及占道、引流、局部封闭交通等，架设期间交通安全组织措施的作用，可窥一斑。一方面要保证工程建设的质量和进度，另一方面要考虑到xx高速公路的正常运营，经多方协调，市交警总队审批同意局部封闭交通，但必须在双休日48h内完成架设任务。这无疑给架设施工增加了难度，因而架设施工的前期准备的充分与否，直接决定了工程建设的成败。3．2交通安全组织措施3．2．1明确架梁次序，倒排作业时间。预先制定交通安全组织措施，须将设计意图贯穿于施工作业的始末。按设计施工图纸要求，预制箱梁的架设顺序，须严格按“中梁→内梁→外梁”次序进行，吊装时须注意曲梁的重心，防止吊装时发生梁的扭转和翻转。参见图1-b。按图1-b中①~⑥梁依次架设，其中①、②、③梁于一日内架设完毕，④、⑤、⑥梁于翌日内架设完毕。3．2．2设置分道口。选定高速公路中央分隔带合理位置开设分道口，为局部封闭交通时实现成功引流，分道口I至分道口II间距约1km。3．2．3本次架设作业前，采用半幅道路封闭，做到警示标志明显，按道路交管部门规定实现封交，正确使用施工护拦、指示牌、警示灯、将军帽等施工标志。具体设置参见图4——右道封闭。3．2．4架设施工期，交警参与现场协调，疏导途径车流，保证xx高速公路的畅通。架设完毕后，立即恢复交通。3．2．5夜间吊车停靠与安全防范措施。按架设计划当日完成3榀箱梁架设后，夜间吊车停靠在xx立交改建工程废弃的老匝道上，并设置施工护拦，安装警示灯。具体安装的施工技术措施自行式吊车对于简支梁构件的吊装，无外乎起吊、纵移、横移、落梁等工序。本次实践亦如此，在落梁工序上稍有补充，设置了临时钢支座。4．1吊索具的确定4．1．1选择钢丝绳以待吊装曲梁梁长、梁重的最大者梁C为例，梁C重量约为102T，按104T计算，双机抬吊，4组钢丝绳，参见图5，预先定制加工设置在箱梁两端的高强钢梁，从而使双机抬吊呈“扁担”挑梁模式，箱梁顶板预留孔距梁端弧长为1.65m(该段弧长所对应的圆心角甚小，此处弧长≈弦长=1.65m)，计算简式如下：P=T·K，其中T=9.8×104/4=254.8KN，安全系数K=6带入，得P=1528.8KN。按国产钢丝绳规格（GB1102-74）Φ52mm（6×37+1，公称抗拉强度1550Mpa），其[P]>P，故选用Φ52mm（6×37+1，公称抗拉强度1550Mpa）。4．1．2选用卸扣号码为32T，D型卸扣（安全负荷为3200KN）。4．2起吊4．2．1吊点设置，抗侧向倾覆校验。4．2．1．1确定曲梁重心Ix轴，计算偏心距YS。参见图6、7。ⅰ.计算箱梁顶板平面YS顶=[38.197·（R3-r3）·Sin（α/2）]/[（R2-r2）·（α/2）]=123.240mⅱ.计算箱梁底板平面YS底=123.239mⅲ.计算箱梁腹板平面YS腹，如图7所示，分别计算YS上腹=123.866m，而YS下腹=122.609m；此时对轴IX腹取面积矩为：A上腹·a=A下腹·b，且a+b=YS上腹-YS下腹；得：a=0.625m，b=0.632m故，YS腹=123.234mⅳ.鉴于曲梁是顶板、腹板、底板构成的组合构件，是水平截面上每个微截面积沿垂直平面的Z轴的定积分组成。考虑到小箱梁顶板上有4.5%的横坡和布置吊点时的施工误差，因而曲梁重心轴IX所对应的偏心距YS=YS顶=YS底=YS腹=123.240m，科学可靠。4．2．1．2因而，β=1.65/124.75=0.0132rad=0.756。；故由图5可见，|OB|=YS·Sec[（α/2）-β]=123.986m；那么e=R-|OB|=0.764m。故，从图6的平面上看，D、D’即为双机抬吊的吊点在梁顶面水平投影，由此图5中D、D’点即为所确定的吊点。4．2．2试吊。吊点按图6位置放样，相应图5位置上设置，横梁上的吊点套杆插销可以左右微量调整，以适应起吊时因双机不完全同步而产生重心不稳。按上述吊点位置挂钩，使曲梁吊离平板车20~30cm，检查机身是否稳定，吊点是否牢固，是否有侧向倾覆迹象。实践证明，试吊、起吊过程中，梁C平稳，未发现侧向翻转现象。4．3纵移、旋转、横移4．3．1确定工作半径（WorkingRadius，即R）和提升长度（BoomLength，即H，参见图8）。本次吊装实践两台吊机，按厂家提供的设备不同H和不同R值，额定荷载可以查得：当150T轮胎吊吊臂提升长度H=12.5m，R=9m，额定荷载为51T；履带吊旋臂长18m，R=10m，额定荷载为70.2T；满足吊装作业要求。吊装过程中必须严格控制R，150轮胎吊R<9m，150T履带吊R<12m的工作要求，确保吊装作业的安全。按简图7中的几何关系计算得：H=（8.6-2）×9.2/5=12.14m<12.5m；故，安全。4．3．2试吊无误后，由150T轮胎吊转臂，150T履带吊前进并配合转臂，待履带吊负重行使到达恰当安装位置，在专人统一指挥下，紧密配合，动作要协调一致，将梁徐徐放置于安装位置，并做好支垫。参见上图9。4．4落梁就位4．4．1设置临时支固措施。4．4．1．1设置临时支座。显然地，30m预应力砼曲梁，架设时因设计支座中心线与箱梁重心轴之间偏心距影响，吊机脱钩后，曲梁易发生翻翘现象，故考虑增设临时支座。参见图10。考虑到利于施工，仅在矢距最大的两榀外边梁（④、⑥梁）下设临时钢支座2对，1对设在箱梁腹板底部，另1对设在箱梁翼板与盖梁挡块之间，确保2对临时钢支座支撑界面接触紧密。其余内梁、中梁仅设1对临时钢支座于外侧腹板底部，此处从略。ⅰ.确定偏心距Δe。参见图11。θ=90·(L’-0.8)/（3.1416·R’）=6.858。=6。51’30”Δe=R’·（1-cosθ）-（R’-YS10=0.570mⅱ.临时支座的构造形式。临时支座B为上下两块钢板间焊接3根Φ32钢筋，长度为35mm，钢板尺寸为350×200×10mm；临时支座C为上下两块钢板间焊接4根10#槽钢，长度为500mm，钢板尺寸为600×300×20mm。ⅲ.临时支座受力分析。按图10所示，先按简化为一次超静定结构计算支反力。由结构力学力法方程Δ=(1/EI)·∫LM1·MXdx，建立方程ΔBG=ΔGB，经图乘法计算，分别求出单个RA=0.002G/2(↑)，RB=1.006G/2(↑)，RC=-0.008G/2(↓)。4．4．1．2设置钢夹具，巧用千斤顶。此为额外促进稳定手段，旨在未进行横向连接时，人为增加曲梁横向联系。待曲梁基本稳定，吊机脱钩后，用钢梁上下各一根，将梁C、梁B、梁A在跨中截面（中横梁中截面）用高强镙杆上下加紧固定，梁C内侧设置千斤顶。鉴于三个支撑截面的EI值不同，且曲梁顶板横坡的影响，只能近似地估算，吊装后须与中梁沿横坡方向对接就位，而支座C仅是用于使梁体完全按设计要求就位。实践证明，吊机脱钩后，曲梁在支座A、B上业已基本就位，为了满足桥面横向连接钢筋焊接和横坡顺畅的要求，当千斤顶加压时，梁C外缘稍稍翘起，此时加入临时支座C，使梁C完全按设计位置准确就位，且满足施工精度要求。随后，放松千斤顶，拆除钢梁。（此图从略。）很显然，此时，支座C的支反力为“+”值，与按一次超静定结构计算的RC为“-”值不同；但可以确定的是，支座C的支反力不大，不会由于剪力过大对箱梁翼板造成不利影响。4．4．2拆除临时支固措施。最后，待桥面横、纵向现浇接头完成后，且砼强度达到设计强度90%以上，再拆除临时支座，恢复成设计支座受力状态，从而使组合箱梁全截面工作，大大增加了截面的抗弯惯矩和抗扭刚度。先拆除临时支座C，再拆除临时支座B。拆除临时支座B时，用焊枪把临时钢支座内部钢筋烧断后取出，须对称进行，先烧断内梁临时支座，再中梁，最后外梁。结语5．1施工图交底时，应由有丰富经验的工程师提出吊装次序与反复封闭重交通道路之间的欠合理性，并向设计院及早提出PB14#盖梁配筋相应加强的变更申请。如此，既可使同跨内实现连续架设“中梁→内梁→外梁”3榀曲梁后，再架邻跨，又可大大减轻因吊机反复移位给封闭道路交通带来的困扰，同时可以适当降低工程造价。5．2小半径简支曲梁安装过程中，因曲梁矢距大，在单支座支撑条件下，重力力矩明显，准确就位困难。